Важной характеристикой всех процессов каталитического окисления является их высокая экзотермичность. Поэтому особенно существенны способы подвода и отвода тепла. Перегрев слоя катализатора может привести к его дезактивации или к выходу реакции из-под контроля. Для облегчения отвода тепла каталитическое окисление часто проводят в многотрубчатых реакторах или реакторах с кипящим слоем катализатора.
Важной технологической особенностью каталитического окисления является взрывоопасность некоторых реакционных смесей. Для избежания взрывоопасное™ следует применять смеси с безопасным соотношением кислорода и окисляемого реагента. Используют также послойное введение кислорода в разные точки реактора по ходу потока реагентов.
В промышленных условиях окисление этилена в этиленоксид осуществляют в трубчатых реакторах с неподвижным слоем. Окисление С2Н4 воздухом проводят при 240-270 °С и 1-2 МПа, время контакта ~1 с. Исходная газовая смесь содержит -4-5% (об.) С2Н4, до 5-8% (об.) СО2, остальное - азот. Из-за малой конверсии этилена (до 25-30%) основное количество газовой смеси после выделения этиленоксида водой возвращается в цикл, но -20-25% газовой смеси приходится выводить из цикла из-за большого поступления инертного азота из воздуха. Эту газовую смесь, содержащую 2,5-3% С2Н4, направляют во второй реактор для более полного использования С2Н4 и после выделения этиленоксида и затем глубокого окисления этилена (на Pt или оксидных катализаторах) выбрасывают в атмосферу.
|
|
Для повышения эффективности, увеличения скорости и производительности дорогостоящего серебряного катализатора в современных производствах используют в качестве окислителя кислород. В этом случае содержание С2Н4 находится выше верхнего предела воспламенения - обычно 15-30%, О2 - 6-8%, остальное - азот или метан. Использование метана в качестве инертной добавки позволяет повысить взрывобезопасное содержание кислорода.
В промышленном катализаторе серебро наносят в количестве 10-15% на ос-А1203 (корунд) в виде шариков или колец Рашига, иногда - на другие носители: SiC, SiO2 с малой удельной поверхностью (менее 1 м2/г), для того чтобы избежать доокисления С2Н4О в порах при диффузионном режиме. Имеет значение и тот факт, что корунд инертен и не содержит кислотных центров. По данным электронной микроскопии, серебро существует в виде сферических частичек, оставляя большую часть
Процесс получения окиси этилена в отделении синтеза окиси этилена состоит из следующих стадий:
- смешение этилена с циркулирующей в системе газовой смесью;
- компримирование циркулирующей газовой смеси;
|
|
- смешение кислорода с циркулирующей газовой смесью;
- окисление этилена на трегерном катализаторе;
- абсорбция окиси этилена из циркулирующего контактного газа;
Данный процесс состоит из двух параллельно работающих линий. Рассмотрим одну из них.
Этилен с давлением не менее 23,5 бар поступает в камеру смешения, где смешивается с циркуляционным газом, поступающим из абсорбера поз. Кт-1.
Обогащенный етиленом, циркуляционный газ поступает на всас компрессора поз. М-1 для дожимания.
Кислород с давлением не ниже 27,0 бар подается в камеру смешения для смешения с этиленом, обогащенным циркуляционным газом.
В линию нагнетания компрессора вводится балластный метан, а также отмытый от двуокиси углерода до содержания 4,9 % об. циркуляционный газ.
Балластный метан предназначен для инертного разбавления циркуляционного газа с целью поддержания концентраций кислорода и этилена в заданных взрывобезопасных пределах.
На выходе из камеры смешения циркуляционный газ нагревается до температуры 190÷237 оС.
Для повышения избирательной способности катализатора в циркуляционный газ после камеры смешения в линию синтеза вводится дихлорэтан в токе аметана.
Нагретый циркуляционный газ поступает в верхнюю часть трубного пространства реактора поз. Р-1. Реактор представляет собой кожухотрубный аппарат.
С нижней части контактный газ с температурой 225-282 оС после охлаждения до температуры 93-105 оС поступает на абсорбцию окиси этилена в верхнюю секцию абсорбера поз. Кт-1. Контактный газ подается под нижнюю тарелку абсорбера поз. Кт-1, сверху подается на орошение циркуляционная вода (тощий сорбент) с температурой не более 34 оС.
В верхней секции установлено 30 ситчатых тарелок, а в нижней секции (сепараторе) смонтирован каплеотбойник для отделения уносимого с газом сорбента.
Циркуляционная вода, насыщенная окисью этилена, выводится из кубовой части верхней секции абсорбера поз. Кт-1.
Очищенный от окиси этилена контактный газ (циркуляционный газ) из верхней части абсорбера поз. Кт-1 с температурой 30-35 оС поступает в сепарационную нижнюю часть аппарата, где происходит отделение жидкости от газа.
Основная часть газа из сепаратора абсорбера поз. Кт-1 направляется на всас компрессора поз. М-1, другая – в количестве не более 800 кг/ч – отводится на утилизацию.
Показатели процесса:
· селективность процесса 0,82;
· конверсия по этилену 0,13.